CN103472567A

CN103472567A - 一种光致异构反射镜系统

Info

Publication number: CN103472567A
Application number: CN2013104467117A
Authority: CN
Inventors: 苏云; 金建高; 阮宁娟; 王小勇; 杨秉新; 吴宪珉
Original assignee: Beijing Institute of Space Research Mechanical and Electricity
Current assignee: Beijing Institute of Space Research Mechanical and Electricity
Priority date: 2013-09-26
Filing date: 2013-09-26
Publication date: 2013-12-25
Anticipated expiration: 2033-09-26
Also published as: CN103472567B

Abstract

一种光致异构反射镜系统，采用具有光致异构特性的偶氮苯衍生物复合薄膜作为反射镜材料，通过控制偏振光对此材料薄膜反射镜的照射方向、时间及功率，改变薄膜反射镜面形，满足光学系统的成像精度要求。光致异构反射镜系统主要包括薄膜反射镜组件、反射镜组件支撑结构、扫描装置、偏振及能量控制装置、扩束装置以及激光器，激光器出射的激光经过扩束装置、偏振及能量控制装置转变成满足系统控制要求的光束，扫描装置根据系统要求调整光束的方向，照射指定区域，利用材料光致异构特性调整反射镜面形。此系统具有质量轻、面形精度可控的特点，可做成大口径反射镜，运用于空间遥感器，降低遥感器的重量、节约遥感器的研制成本。

Description

一种光致异构反射镜系统

技术领域

本发明属于航天光学遥感领域，涉及一种空间遥感器超轻型反射镜系统，适用于未来轻型遥感器的研制需求。

背景技术

随着航天技术的快速发展以及军民对航天遥感需求的不断提高，大幅度增加遥感器的口径及焦距成了必然趋势，为此，遥感器的重量和体积也成倍增长，导致遥感器的研制成本大幅加，给运载发射也带来了非常大的挑战，因此需要减小遥感器的体积与重量，节约研制与发射成本。另一方面随着遥感器口径的增大，光学系统的精度难以满足光学成像特别是可见光成像要求，因而需要在轨对遥感器光学系统精度进行实时调整以满足系统需求。因此，遥感器反射镜的轻型化以及面形可控成为亟待解决的问题。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，一种光致异构反射镜系统，降低反射镜组件的重量，满足了大型光机系成像需求。

本发明的技术方案是：一种光致异构反射镜系统，包括基板、激光器、扩束装置、偏振及能量控制装置、扫描装置、反射镜组件支撑结构、薄膜反射镜组件、波前探测器、控制分系统；激光器、扩束装置、偏振及能量控制装置、扫描装置从左向右依次固定安装在基板上；反射镜组件支撑结构的一端通过铰链与薄膜反射镜组件固定连接，另一端通过螺栓与基板固定连接；通过反射镜组件支撑结构将薄膜反射镜组件支撑在扫描装置的上方；

波前探测器探测到外部光学系统发出的波前信号，并反馈给控制分系统；控制分系统根据波前信号生成控制信息并分别输入至扩束装置、偏振及能量控制装置、扫描装置；偏振光由激光器出射后，送至扩束装置；扩束装置根据控制分系统输入的控制信号改变偏振光的光束口径后，送至偏振及能量控制装置；偏振及能量控制装置根据控制分系统输入的控制信号调整偏振光的偏振方向以及功率大小，并将调整后的偏振光出射至扫描装置；扫描装置根据控制分系统输入的控制信号调整偏振光的反射方向，并将反射后的偏振光入射至薄膜反射镜组件上的需要调整面形的区域；偏振光在控制分系统的调控下不断地调整薄膜反射镜组件的面形，直至薄膜反射镜组件的面形精度满足阈值。

所述薄膜反射镜组件包括复合薄膜反射镜、上压环、下压环和压紧结构；通过上压环、下压环和多个压紧结构配合将复合薄膜反射镜压紧；所述复合薄膜反射镜为由偶氮苯及聚酰亚胺复合而成的薄膜，合成时先对聚酰亚胺薄膜进行打磨处理，然后在打磨后的聚酰亚胺薄膜表面加入粉末状偶氮苯材料。

所述扫描装置包括扫描反射镜组件、水平方向转动轴、竖直方向转动轴、扫描镜连接结构、驱动机构以及扫描装置底座，扫描反射镜组件通过小型轴承与水平方向转动轴固连，水平方向转动轴固定安装在扫描镜连接结构上；同时扫描镜连接结构还与竖直方向转动轴通过轴承连接；驱动机构固定安装于扫描装置底座上，控制水平方向转动轴与竖直方向转动轴的运动；所述反射镜组件由反射镜和支撑结构组成。

所述反射镜组件支撑结构由多个杆式支撑结构组成。

本发明与现有技术相比的优点在于：

（1）本发明采用具有光致异构特性的复合薄膜材料，利用其在偏振光照射下具有宏观变形的点，将其制作成薄膜反射镜，因而重量可以特别轻，显著节约反射镜组件的研制成本；

（2）本发明中光致异构薄膜反射镜的支撑方式采用周边压紧方式，较传统的反射镜支撑方式，结构更简单，装调精度要求降低，更易操作；

（3）本发明通过控制入射镜面的偏振光的能量，光斑大小及偏振方向实时调整光致异构薄膜反射镜的面形精度以满足成像要求，避免了遥感器在轨时因为加工、装调以及失重影响而导致的不可恢复的面形变化。

附图说明

图1为本发明的轻型反射镜系统组成图；

图2为本发明扫描装置组成图；

图3为本发明的光致异构反射镜组件图。

具体实施方式

本发明提供了一种轻型光致异构反射镜系统，安装于遥感器光机系统内，用作空间光学遥感器反射镜，可做成大口径反射镜，重量轻并且可以通过偏振的控制光致异构薄膜反射镜的面形，满足光学系统成像需求。

轻型光致异构反射镜系统采用新型的高稳定性、高均匀性偶氮苯衍生物及聚酰亚胺薄膜做成的复合薄膜，利用偶氮苯衍生物的光致异构特性，通过改变入射镜面的偏振光的能量，光斑大小及偏振方向实时调整薄膜反射镜的面形变化。

如图1所示，本发明包括基板1、激光器2、扩束装置3、偏振及能量控制装置4、扫描装置5、反射镜组件支撑结构6、和薄膜反射镜组件7。基板1是整个光致异构反射镜系统的主承力结构，有严格的结构稳定性要求，保证偏振光束的方向的准确性以及各部件能够安装牢靠，它提供各部件的安装接口，并且保证各部件的安装强度满足使用要求，是光致异构反射镜系统与遥感器连接结构；激光器2是偏振光的发射元件，它提供系统控制所需的高质量初始光能量，通过支撑结构安装固定于基板1上；扩束装置3起到调整光束口径大小的作用，通过支撑结构安装固定于基板1上；偏振及能量控制装置4实现激光器出射光线的偏振方向的调制及能量大小的调整，通过支撑结构安装固定于基板1上；扫描装置5直接引导偏振光的入射方向，对薄膜反射镜指定区域进行形状调整，从而改变反射镜的局部面形；反射镜组件支撑结构6由数根杆状结构组成，两端分别通过铰链及螺栓组件与薄膜反射镜组件7以及基板1连接，起着支撑薄膜反射镜组件7的作用，保证薄膜反射镜组件7在光学成像过程中位置的稳定性；薄膜反射镜组件7承担反射光线的作用，由具有光致异构特性的偶氮苯衍生物与聚酰亚胺组成复合反射膜以及相应的结构件组成，结构件保证光致异构薄膜处于光学系统的要求预成型状态，并有一定结构强度，能经历发射力学环境的冲击，保证光致异构薄膜不被破坏；

如图2所示，扫描装置5由扫描反射镜组件51、水平方向转动轴52、竖直方向转动轴53、扫描镜连接结构54、驱动机构55以及扫描装置底座56组成，扫描反射镜组件51将从偏振及能量控制装置4出射的偏振光引导到光致异构薄膜反射镜面形需要调整的区域，与水平方向转动轴52固连，水平方向转动轴52调整扫描反射镜组件51一个转动自由度，联合竖直方向转动轴53实现偏振光线两个方向的调整；水平方向转动轴52通过轴承安装于扫描镜连接结构54，竖直方向转动轴53直接驱动扫描镜连接结构54，连接于驱动机构55，扫描装置底座56固定驱动机构55同时使整个扫描装置安装于基板1上。

如图3所示，薄膜反射镜组件7由复合薄膜反射镜71、上压环72、下压环73和压紧结构74组成，复合薄膜反射镜71是采用高稳定性、高均匀性偶氮苯衍生物及聚酰亚胺制作成复合薄膜，在其反射面上镀一层反射膜达到反射光线的作用，在安装过程中，通过辅助装置将复合薄膜反射镜71拉伸至平展状态，再用上压环72、下压环73固定，撤除辅助装置后，再用压紧结构74将薄膜反射镜组件7进一步加强，防止结构遭受破坏。

本发明的工作原理：

薄膜反射镜组件7中的复合薄膜反射镜71由偶氮苯及聚酰亚胺复合而成，在高精度的基底上先成型聚酰亚胺薄膜，再对聚酰亚胺薄膜进行打磨处理，然后在打磨后聚酰亚胺薄膜表面加入粉末状偶氮苯材料，再加上压板进行加热处理，最后将复合薄膜从基底上分离，再在复合薄膜表面镀反射膜。在偏振光的照射下，具有改变薄膜曲率的特殊性能。位于整个光学系统后端的波前探测器（图中未标明）接受波前信号，并反馈给光致异构反射镜系统中的控制分系统，从而控制整个反射镜系统的运作。偏振光由激光器2出射后，经过扩束装置3，扩束装置3根据控制分系统的输入信号改变偏振光的光束口径，再经过偏振及能量控制装置4，偏振及能量控制装置4根据控制分系统的输入信号调整偏振光的偏振方向以及功率大小，出射的光束到达已由控制分系统调整好方向的扫描装置5入射到薄膜反射镜组件7中需要调整面形的区域，这部分区域的面形对薄膜反射镜组件7整体面形精度影响较大，因而需要偏振光对此区域加以调整。波前探测器再次探测波前误差并输入到控制分系统，控制分系统处理后计算出需要照射的时间，控制激光入射到反射镜指定位置，不断重复这个过程，使薄膜反射镜组件7面形精度保持在使用要求范围内。

波前探测器实时进行波前探测，并将波前误差信息实时传递给光致异构反射镜控制分系统，控制分系统根据光学系统成像需求对需要面形调整的区域按照上述流程进行调整，以满足整个光学系统的成像对波前精度的需求。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims

1.一种光致异构反射镜系统，其特征在于：包括基板（1）、激光器（2）、扩束装置（3）、偏振及能量控制装置（4）、扫描装置（5）、反射镜组件支撑结构（6）、薄膜反射镜组件（7）、波前探测器、控制分系统；激光器（2）、扩束装置（3）、偏振及能量控制装置（4）、扫描装置（5）从左向右依次固定安装在基板（1）上；反射镜组件支撑结构（6）的一端通过铰链与薄膜反射镜组件（7）固定连接，另一端通过螺栓与基板（1）固定连接；通过反射镜组件支撑结构（6）将薄膜反射镜组件（7）支撑在扫描装置（5）的上方；

波前探测器探测到外部光学系统发出的波前信号，并反馈给控制分系统；控制分系统根据波前信号生成控制信息并分别输入至扩束装置（3）、偏振及能量控制装置（4）、扫描装置（5）；偏振光由激光器（2）出射后，送至扩束装置（3）；扩束装置（3）根据控制分系统输入的控制信号改变偏振光的光束口径后，送至偏振及能量控制装置（4）；偏振及能量控制装置（4）根据控制分系统输入的控制信号调整偏振光的偏振方向以及功率大小，并将调整后的偏振光出射至扫描装置（5）；扫描装置（5）根据控制分系统输入的控制信号调整偏振光的反射方向，并将反射后的偏振光入射至薄膜反射镜组件（7）上的需要调整面形的区域；偏振光在控制分系统的调控下不断地调整薄膜反射镜组件（7）的面形，直至薄膜反射镜组件（7）的面形精度满足阈值。

2.根据权利要求1所述的一种光致异构反射镜系统，其特征在于：所述薄膜反射镜组件（7）包括复合薄膜反射镜（71）、上压环（72）、下压环（73）和压紧结构（74）；通过上压环（72）、下压环（73）和多个压紧结构（74）配合将复合薄膜反射镜（71）压紧；所述复合薄膜反射镜（71）为由偶氮苯及聚酰亚胺复合而成的薄膜，合成时先对聚酰亚胺薄膜进行打磨处理，然后在打磨后的聚酰亚胺薄膜表面加入粉末状偶氮苯材料。

3.根据权利要求1所述的一种光致异构反射镜系统，其特征在于：所述扫描装置（5）包括扫描反射镜组件（51）、水平方向转动轴（52）、竖直方向转动轴（53）、扫描镜连接结构（54）、驱动机构（55）以及扫描装置底座（56），扫描反射镜组件（51）通过小型轴承与水平方向转动轴（52）固连，水平方向转动轴（52）固定安装在扫描镜连接结构（54）上；同时扫描镜连接结构（54）还与竖直方向转动轴（53）通过轴承连接；驱动机构（55）固定安装于扫描装置底座（56）上，控制水平方向转动轴（52）与竖直方向转动轴（53）的运动；所述反射镜组件（51）由反射镜和支撑结构组成。

4.根据权利要求1所述的一种光致异构反射镜系统，其特征在于：所述反射镜组件支撑结构（6）由多个杆式支撑结构组成。